آلیاژهای نیکل درجه حرارت بالا

نیکل پنجمین عنصر رایج روی زمین است ، اما تا قرن گذشته استفاده تجاری آن به دلیل دشواری استخراج و پالایش محدود بود. توسعه موتورهای جت یک کاتالیزور مهم برای توسعه آلیاژهای مبتنی بر نیکل بود که قادر به حفظ قدرت بالا در دماهای بالا هستند.

نیکل دارای نقطه ذوب 1453 درجه سانتیگراد است که بسیار بالاتر از فلزات مانند مس (1084 درجه سانتیگراد) و آلومینیوم (660 درجه سانتیگراد) است ، اما بسیار پایین تر از فلزات مانند تنگستن (3400 درجه سانتیگراد) است. با این حال ، عملکرد درجه حرارت بالا تنها در مورد نقطه ذوب فلز نیست ، در غیر این صورت آهن (1150 درجه سانتیگراد) یا فولاد (1400 درجه سانتیگراد) بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد. یکی دیگر از خصوصیات آلیاژهای نیکل و نیکل توانایی آنها در تشکیل یک لایه اکسید منفعل ضخیم و پایدار هنگام گرم شدن است که آنها را از خوردگی بیشتر محافظت می کند و این به آنها اجازه می دهد تا در دماهای بالا کار کنند. این لایه اکسید بسته به درجه حرارت و محیطی که فلز در معرض آن قرار دارد ، می تواند تا چند میکرون ضخامت داشته باشد. آلیاژهای نیکل نیز در برابر کاربورینگ مقاوم هستند ، که وجود کربن در دماهای بالا ، مانند هنگام ترک خوردگی گازها در عملیات شیمیایی مختلف یا پالایش است.

مکانیسم های تقویت کننده
بسته به آلیاژ خاص ، قدرت درجه حرارت بالا آن با تقویت محلول جامد یا تقویت بارش حفظ می شود. مکانیسم تقویت محلول جامد ، افزودن اتمهای عناصر آلیاژ به شبکه کریستال نیکل است. این آشفتگی ساختار کریستال با کندی یا جلوگیری از حرکت "جابجایی" ها ، تغییر شکل را دشوارتر می کند. عناصری مانند مولیبدن برای افزایش قدرت به Inconel 625 (آلیاژ 625 ، UNS N06625 ، 2.4856) اضافه می شوند.

در تقویت بارش ، مقادیر کمی نیوبیوم ، تیتانیوم و آلومینیوم با نیکل ترکیب می شوند تا رسوبات بین فلزی تشکیل شود. این رسوبات در طول عملیات حرارتی نهایی تشکیل می شود که به عنوان پیری نیز شناخته می شود. این رسوبات همچنین حرکت جابجایی در ساختار کریستالی را کند می کند ، که باعث افزایش قدرت و چقرمگی می شود. در دماهای بالاتر ، این مکانیسم همچنین احتمال خزش را کاهش می دهد ، که در برنامه های هوافضا به خوبی مورد استفاده قرار می گیرد. Nickel alloys that utilize precipitation strengthening include Inconel 718 (Alloy 718, UNS N07718, 2.4668), Inconel 725 (Alloy 725, UNS N07725), Incoloy 925 (Alloy 925, UNS N09925), and Monel K-500 (Alloy K-500, UNS N05500, 2.4375).

آلیاژهای مانند Inconel 718 و Inconel 625 بیشتر خصوصیات مکانیکی خود را در دمای تا 650 درجه سانتیگراد (1200 درجه فارنهایت) حفظ می کنند ، اما می تواند به صورت انتخابی در دماهای نزدیک به 1000 درجه سانتیگراد (1800 درجه فارنهایت) استفاده شود.

از آنجا که آلیاژهای نیکل به راحتی با بسیاری از فلزات دیگر ، می توانند علاوه بر قدرت ، مقاومت در برابر خوردگی و سایر خصوصیات فیزیکی را بهبود بخشند. کروم و مولیبدن اغلب برای تقویت مقاومت در برابر خوردگی و اکسیداسیون اضافه می شوند ، به ویژه مولیبدن در نظر گرفته می شود که مقاومت گودال را بهبود می بخشد. مس نیز در آلیاژ Incoloy 825 برای تقویت مقاومت آن در کاهش اسیدهایی مانند اسیدهای گوگرد ، فسفر و هیدروکلریک استفاده می شود.